Beim Zweikomponentenspritzguss (2K-Spritzguss) wird der Schaltungsträger in zwei aufeinanderfolgenden Spritzgussvorgängen hergestellt. Hierzu werden zwei unterschiedliche Kunststoffkomponenten eingesetzt, wovon eine metallisierbar ist und die andere nicht. Dadurch können die durch das Werkzeug vorgegebenen Strukturen selbstdefinierend metallisiert werden.
Besonders die kurzen Prozesszeiten sind bei dem 2K-Verfahren von Vorteil. Deshalb ist es in Projekten mit hohen Stückzahlen oft die wirtschaftlichere Alternative. In Bezug auf das 3D-Design sind 2K-MID zudem flexibler. Leiterbahnen sind z.B. auch in Kavitäten möglich, die ein Laser nicht erreichen würde.
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Prozessablauf
Zu Beginn des Zweikomponentenspritzguss entsteht ein Vorspritzling, welche danach mit der zweiten Komponente direkt umspritzt wird. Hierbei wird zuerst die mechanisch stabilere Komponente gefertigt. Ob die metallisierbare oder nicht metallisierbare Komponente im Produkt die stabilere ist, hängt von der Geometrie des Bauteils ab. Da das Schaltungslayout bei der 2K-Technologie auf der Geometrie des Spritzgusswerkzeugs basiert, bestehen nur eingeschränkte Möglichkeiten zur weiteren Miniaturisierung.
1. Aktivierung/Reinigung
Eine nasschemische Vorbehandlung erzeugt in diesem Verfahren die Mikrorauheit der Oberfläche und das Freilegen der Katalysatoren. Dabei wird im Allgemeinen eine basische Lösung – bspw. heisse Kalilauge – eingesetzt. Die Haftfestigkeit der Metallisierung wird durch die Oberflächenrauheit definiert. Ist die Oberflächenrauheit jedoch zu stark ausgeprägt, ist es möglich, dass dies die Verbindungstechnik negativ beeinflusst. Während des Vorbehandlungsprozesses wird allein die Oberfläche frei. Im darauf folgenden Schritt der Neutralisation entfernt eine saure Lösung die anhaftenden Reste der Vorbehandlungsmedien und die abgelösten Kunststoffpartikel. Zudem erfordern nicht kernkatalytische Werkstoffe eine Bekeimung, z.B. mit Pd.
2. Metallisierung
Bei der 2K-Technologie wird die Metallisierung ebenfalls mittels chemisch-reduktiver, aussenstromloser Metallisierungsbäder durchgeführt. Der Schichtaufbau, die Schichtdicke und die Prozessführung sind mit denen der LDS-Technologie vergleichbar.
3. Prüfung
Der Schaltungsträger wird nach der Metallisierung mittels AOI (Automatic Optical Inspection) geprüft. Dabei ist das Verfahren dasselbe wie bei der Laserdirektstrukturierung.
Materialien
Bei der 2K-Technologie werden spezielle Materialkombinationen verwendet. In einem der beiden Werkstoffe ist ein Katalysator, wie z.B. Pd oder Fe, eincompoundiert. Um die selektive Metallisierung zu ermöglichen, müssen die eingesetzten Werkstoffe dabei ein unterschiedliches Verhalten im Aktivierungs- und im Materialisierungsprozess haben.
Für Serienanwendungen wird fast ausschliesslich der Werkstoff LCP eingesetzt. Hierbei dient LCP Vectra® E820i Pd als metallisierbare Komponente. Die nicht-metallisierbare Komponente besteht aus LCP Vectra® E130i.
Grundsätzlich stehen weitere Materialkombinationen zur Verfügung. Zum Beispiel Polycarbonat/Acryilnitrit-Butadien-Styrol als metallisierbare Komponente und eine Kombination aus Polycarbonat als nicht-metallisierbare Komponente. Solche Kombinationen eignen sich jedoch nur für kostengünstige Anwendungen, welche nicht gelötet werden. Grundsätzlich ist es wichtig, dass beide verwendeten Kunststoffe nahezu identische Temperaturausdehnungskoeffizienten haben.
Grundregeln des Designs
Die Leiterbahnen bei der 2K-Technologie werden im Gegensatz zur Laserdirektstrukturierung durch den Spritzgussprozess definiert. Die erzielbaren Breiten und Abstände sind daher sehr stark von den Materialeigenschaften und der Geometrie des Formteils abhängig.
Für weitere Informationen über MID-Technologien kontaktieren Sie gerne die Geschäftsstelle telefonisch (+49 911 5302-9100) oder via e-Mail (info@3dmid.de). E-Mail an Geschäftsstelle
